Einleitung

Zusammenfassung

Wenn wir von Freien Elektronen in Festkörpern sprechen, so soll dies den Gegensatz zu den Valenzelektronen hervorheben, die die chemische Bindung des Festkörpers hervorrufen. Diese sind zwischen den Atomen lokalisiert und nicht beweglich. Die beweglichen Elektronen dagegen erzeugen einen elektrischen Strom, wenn man eine Gleichspannung an den Festkörper legt. Nur in diesem Sinne sind unsere Elektronen “frei”. Denn bei ihrer Bewegung durch den Festkörper wirken auf sie starke, räumlich modulierte Kräfte, die durch das elektrische Feld der Atome verursacht werden. Sie reagieren deshalb auf das elektrische Feld der von außen an den Festkörper gelegten Gleichspannung ganz anders als beim gleichen Feld im Vakuum. Meist kann man aber diese Behinderung der Bewegung der Elektronen im Feld der Kristallatome dadurch berücksichtigen, daß man ihre Masse und das Vorzeichen ihrer Ladung modifiziert: effektive Masse, negative Elektronen und positive Defektelektronen oder “Löcher”. Außerdem wirkt am Ort unseres nun “quasifreien” Elektrons das von außen angelegte Feld nicht allein, da es gleichzeitig die negativen Valenzelektronenhüllen gegen die positiven Rümpfe der Kristallatome verschiebt. Diese induzierten Felder wirken zusätzlich zu dem von außen angelegten Feld auf unser Elektron. Die Veränderung des äußeren Feldes durch diese induzierte “Polarisation” der Atome beschreibt man durch die Dielektrizitätskonstante oder richtiger durch die “Dielektrische Funktion”. Die Bestimmung der effektiven Masse, die ebenfalls keine Konstante ist, und der dielektrischen Funktion in idealen und gestörten Kristallen sowie in amorphen Festkörpern und Flüssigkeiten ist eine wesentliche Aufgabe der modernen Festkörperphysik. Das komplizierte Zusammenspiel so vieler Teilchen im Festkörper richtig zu analysieren und zu beschreiben, verlangt sehr anspruchsvolle experimentelle und theoretische Methoden. Wir werden auf diese Verfahren z.B. zur Bestimmung der elektronischen Bandstruktur [1.1-3a] hier nicht eingehen, sondern im 2. Kapitel einige wichtige Ergebnisse dieses Teils der Festkörperphysik zusammenstellen. Im 3. Kapitel zeigen wir am einfachsten Beispiel “polarisierbarer” Atome das Zusammenwirken zur dielektrischen Funktion und den engen Zusammenhang zwischen Valenz- und Leitungselektronen, der gerade für die Halbleiter und Metalle so charakteristisch ist.